Интерферометрический способ измерения параметров объектов

 

<»>890827

Сева Советских

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соплалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.02.79 (21) 2722514/18-25 с присоединением заявки— (23) П риоритет— (43) Опубликовано 30.04.82. Бюллетень X 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.82 (51) М.Кл G 01 В 9/02

Государствелив и комитет

СССР ло лелем изебретеиий и открытий (53) УДК 535.411 (088.8) (54) И НТЕРФЕРОМЕТРИ ЧЕСКИ и СПОСОБ

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при определении дисперсионных свойств регулярных оптических волокон.

Известен интерферометрический способ 5 измерения параметров объектов (1).

Недостатком его является невысокая точность измерения.

Наиболее близким техническим решением является интерферометрический способ измерения параметров объектов, основанный на помещении объекта в одно из плеч интерферометра, облучении его электромагнитным излучением и формировании интерференционной картины (2). !5

Недостатком его является низкая точность при измерении параметров волокна.

Для достижения этой цели в интерферометрическом способе измерения параметров объектов волокно освещают с торца ис- 20 точником с периодической функцией когерентности, меняют длину плеча интерферометра за счет изменения длины исследуемого волокна на величину ЛУ, при этом последовательно для каждого значения AZ 25 формируют .картины интерференции выходного поля волокна с опорным полем, измеряют для каждой интерференционной картины степень когерентности интерферирующих полей и определяют профиль импульс- ЗО ного отклика волокна и его ширину по формуле ф к(.):: "yg (.ÚZ) . — — — — (1) — М +2к о о

Т

;-,-=, (О) . -МУ22-. где kz (ËZ) — средний квадрат степени когерентности излучения на выходе волокна длиной

L =- 2+ЛЯ;

M — номер гармоники источника излучения в пределах полосы излучения, у которой интенсивность в l раз меньше, чем у центральной гармоники; где То — ширина импульсного отклика;

1о — длина резонатора источника излучения; и .ЬЯ

С где т — время запаздывания;

Z кратно 2 1,/и;

890827

2 1 I(lg макс укн т

+ I > /м Вас t м1п(Лг/ (О) =Zoqz.(0)

При этом из выражения (3 и 4) получаем для 2О (6) 45

3 и — коэффициент преломления волокна;

Л7 мин 0 Л макс — Цгг.

Суть предложенного способа состоит в следующем. Степень когерентности т излучения газового ОКГ является периодической функцией, изменяющейся от

"г (0) =1 до т (4/п). Когда излучение такого ОКГ возбуждает многомодовое волокно, световая мощность распространяется по нему в виде собственных модов, каждая из которых характеризуется своими групповой и .фазовой скоростями. В итоге на выходе волокна поля разных модов придут с разным отставанием во времени и со случайными друг относительно друга фазами.

Формула (1) получена с учетом описанной выше специфики распространения излучения электромагнитного поля по волокну, она спраьедлива, если 0,2 yz (О) <0,8. Из выражения (1), в частности, следует,, (О) = /, (0) . (3)

1Г2 сМ

Обозначим через Zo такую длину волокна. при которой

I

Vzо(0) То = (e.()сИ = 1, (4) Показано, что для такой Zz импульсный отклик имеет ширину То на уровне половины максимальной амплитуды для широкого класса функций, описывающих форму импульсного отклика. Также справедливо соотношение

Z, = Tz - (О) 1"2-... М. Z

1 и, соответственно, для о (при Z=L) 70 0

Z, ", -zz=i i(О) L . М . t 2".

Итак, по измерениям ",z(AZ) для фиксированного Z=L определяют профиль импульсного отклика, по которому находят его ширину. Если требуется найти только

ыирину импульсного отклика, то измеряют 1 (О) и из выражения (6) находят ту длину волокна Z0, при которой ширина импульсного отклика на уровне 1/2 от максимального значения Тг,, Как легко видеть, в предложенном способе измерения параметров оптического волокна не требуется регистрировать широкополосных сигналов, измеряемыми величинами здесь Являются расстояние AZ u Tz (AZ), точность измере5

Зо

35 ния которых оказывается существенно большей, чем точность при измерении (т — т ) в прототипе.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит микрообъектив 1, светоделительное зеркало 2, исследуемое волокно 3, отрезок. волокна 4 в опорном канале, объектив 5, экран 6 с отверстием, объектив 7, щелевую диафрагму 8, ФЭУ 9, регистрирующий прибор 10, газовый ОКГ

11.

Предлаг аемый способ реализуют следующим образом.

Возбуждают исследуемое волокно 3 пучком а, сфокусированным микрообъективом

1, при этом короткий отрезок волокна 4 образует короткое плечо интерферометра, возбуждаемое опорным пучком б, отраженным от светоделительного зеркала 2.

Формируют, картину интерференции поля с выхода исследуемого волокна и поля из опорного канала. Для формирования картины интерференции выходные излучения коллимируются объективом 5, затем ограничиваются диафрагмой 6 и ее увеличенное изображение строится объективом

7 в плоскости щелевой диафрагмы 8.

Измеряют профиль степени когерентности у (ЛЛ) для исследуемого волокна (Л=L) от ЛЛ (AZ — Цп «Z) При измерениях у (AZ) ФЭУ с фотометрической щелью движется возвратно-поступательно, считывая распределение интенсивности в интерференционной картине. При этом степень когерентности для фиксированного AZ определяется из соотношения где I>„ — интенсивности пучков, ограниченных экраном 6 из полей излучения волокон 3 и 4, соответственно;

У„,.„,<„„„ — максимальное и минимальное значения интенсивности в интерференционной картине.

Определяют профиль импульсного отклика и его ширину по измеренным значениям у (AZ) и Z=L из формул (1) и (2).

Предложенный способ измерения параметров оптического волокна реализуется по схеме, представленной на черт. для оптического волокна градиентного типа.

Длина исследуемого волокна Z=L=.230 м.

В опорном канале устанавливают отрезок волокна того же типа длиной порядка 1 м.

Для использованного в измерениях ОКГ параметры lo u M соответственно были равны 1,96 и 4 м. Измеренная степень когерентности у (О) составила 0,64. Подставляя эти данные в формулу (2), находим ширину профиля импульсного отклика б = 2,7 пс/м.

890827

Формула изобретения

Интерферометрический способ измерения параметров объектов, основанный на помещении объекта в одно из плеч интерферометра, облучении его электромагнитным излучением и формировании интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров оптического волокна, волокно освещают с торца источником с периодической функцией когерентности, меняют длину плеча интерферометра за счет изменения длины исследуемого волокна на величину AZ, при этом последовательно для каждого значения AZ формируют картины интерференции выходного поля волокна с опорным полем, измеряют для каждой интерференционной картины степень когерентности интерферирующих полей и определяют профиль импульсного отклика волокна и его ширину по формулам

М / 2 с

Чс=г() = Т2z-L(AZ) . Т

В=

О

y z=r. (О) L.М V2 где y (hZ) — средний квадрат степени когерентности излучения на выходе волокна длиной

L = Z+aZ;

М вЂ” номер гармоники источника излучения в пределах полосы излучения, у которой интенсивность в l раз меньше, чем у центральной гармоники;

2/о

To — С > где То — ширина импульсного отклика;

4 — длина резонатора источника из15 лучения, nAZ

2О где т — время запаздывания;

Z — кратно 2 10/п; и — коэффициент преломления волокна;

hZмин =0 AZмакс =lp/B

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

ЗО 1. Авторское свидетельство СССР № 185511, кл. G 01 В 9/02, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

i¹ 360594, кл. G 01 В 21 45, 1970.

890827

Составитель Л. Гойхман

Техред И, Заболотнова Корректор И. Осиновская

Редактор Л.. Письман

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 363/270 Изд. № 127 Тираж 614 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5